Supraledande niobchip krossar strömförbrukningsstandarderna för kisel

När det kommer till energieffektivitet äter dagens datorer upp cirka åtta storleksordningar mer än det teoretiska minimumet. Det är klart att det finns utrymme för förbättringar.

Idag avslöjar Quentin Herr och kompisar på Northrop Grumman Systems i Baltimore en supraledande logikenhet som använder 300 gånger mindre ström än konventionella kiselchips. Det kommer att vara en chock för chiptillverkare vars försök att förbättra energieffektiviteten bleknar i jämförelse.

Fysikens lagar hjälper förstås. Effekten som förbrukas av en konventionell transistor beror på dess storlek och på materialet från vilket den är gjord.

Som jämförelse bestäms energin som försvinner av den supraledande ekvivalenten, Josephson-övergången, endast av termiskt brus, eftersom systemet är helt fritt från det besvärliga motståndet som äter upp energi i konventionella enheter.

För att utnyttja detta utvecklade och byggde Herr och co en ny typ av enhet känd som ett ömsesidigt kvantlogikchip. Deras supraledande chip är tillverkat av niob, fungerar på 4,2 kelvin och består av 1600 Josephson-korsningar.

De säger att den kan arbeta med klockhastigheter på 6 Ghz med en 6 mW strömförsörjning, att högre hastigheter är möjliga och att denna prestanda kan skalas till chips med en miljon korsningar. Och det gör det med en bitfelsfrekvens på mindre än 10^-40. Det är praktiskt taget ingenting.

Men käftdropparen är strömförbrukningen som bara är tre storleksordningar över den teoretiska gränsen.

Det är naturligtvis inte strömförbrukningen i väggkontakten, eftersom den höga kostnaden för kylning måste tas med i beräkningen. Men även när det är det, säger Herr och co att den nya enheten överträffar strömförbrukningen av kisel med en faktor på 300. Det gör supraledande logik till ett frestande alternativ för avancerad datoranvändning, för vilken energiräkningar är en betydande kostnad. År 2007 beräknade US Environmental Protection Agency att servrar och datacenter i USA äter upp cirka 12 GW effekt, vilket motsvarar effekten från 25 kraftverk. Att minska det med en faktor 300 skulle spara några dollar. Niob erbjuder också ett intressant extra. Det är naturligtvis strålningshårt vilket innebär att dessa chips kan vara särskilt väl lämpade för att arbeta i rymden eller andra mycket radioaktiva miljöer. Det är sådant som kan bidra till att generera militär finansiering. Faktum är att Herr och cos arbete finansierades delvis av Defense MicroElectronics Activity, en militär forskningsorganisation baserad i Sacramento. Intressant nog kan enheten också enkelt konverteras för att fungera i kvantberäkningsregimen, helt enkelt genom att kyla ner den till några millikevin. Det kan göra det till en användbar språngbräda mot kvantteknik. Att denna teknik har kommit ur Northrop är något av en överraskning. Detta är ett företag som tillverkar Global Hawk UAV och B-2 bombplan tillsammans med många andra militära tekniker. Men Herrs arbete gör det plötsligt till en spelare i nästa generations datorvärld. Det ska bli intressant att se vart detta tar vägen Ref: arxiv.org/abs/1103.4269 : Ultra-Low-Power Superconductor Logic Du kan nu följa The Physics arXiv Blog på Twitter Dölj